Mitsubishi Electric与Coherent联合开发8英寸SiC衬底

转向8英寸重塑SiC的经济格局

Mitsubishi Electric与光学元件及半导体材料领域的主要企业Coherent达成协议，将联合开发8英寸（200mm）SiC晶圆。从当前主流的6英寸（150mm）向8英寸的转变，不仅仅是直径的增加，更是制造成本结构发生根本性变化的重要转折点——每片晶圆可获得的芯片数量大幅增加。

成本一直是阻碍SiC功率半导体广泛普及的最大障碍之一。业界普遍认识到，降低晶圆成本对于在EV、工业设备和可再生能源市场进一步推广SiC至关重要，SiC仍比硅（Si）器件昂贵得多。转向8英寸是各家公司竞相追求的解决方案之一。那么，Mitsubishi Electric与Coherent的合作伙伴关系在这场竞争中处于何种地位？

为何"8英寸"备受瞩目？

当晶圆直径从6英寸扩大到8英寸时，面积增加约1.78倍。若芯片尺寸保持不变，单片晶圆可获得的芯片数量也将按大致相同的比例增加。由于固定制造成本不会显著变化，这意味着每颗芯片的晶圆成本降低。

该图表说明，从6英寸向8英寸的转变使晶圆面积增加了约77%。即使考虑良率和边缘损耗等因素，每颗芯片的潜在成本降低幅度仍然可观，从根本上改变了采购成本谈判的前提条件。

在硅半导体领域，300mm（12英寸）晶圆长期以来一直是标准。然而，SiC晶体生长工艺的挑战性使得实现更大直径变得困难。即使在2020年代初，6英寸晶圆仍是量产的中心，8英寸晶圆是各家公司急于开发的"下一步"。这一转变的时机和质量将显著影响器件制造商的竞争力。

Coherent与Mitsubishi Electric——这一合作伙伴关系的意义

Coherent最初以激光器和光学设备闻名，在2022年II-VI收购原Coherent公司后成为当前实体。该公司拥有包括SiC晶圆在内的半导体材料业务。Wolfspeed多年来一直占据SiC晶圆的市场份额首位，而Coherent作为关键供应商的影响力也在增强，并在8英寸晶圆开发方面展现出积极姿态。

Mitsubishi Electric在SiC功率半导体的研发与制造方面历史悠久，在逆变器、铁路及工业设备领域拥有经过验证的业绩。近年来，器件制造商与晶圆供应商之间的合作日益普遍，但鉴于Mitsubishi Electric在沟槽型SiC-MOSFET方面的独特设计技术，这一特定合作伙伴关系尤为引人注目。

Mitsubishi Electric已通过在沟槽型SiC-MOSFET中引入p型保护层，实现了短路耐受时间（SCWT）的改善。此类器件结构的精密性意味着对晶圆质量有很高要求。与6英寸晶圆相比，8英寸晶圆在晶体缺陷密度管理方面更具挑战性，这使得器件制造商从晶圆开发的早期阶段介入具有合理性。这种着眼于器件特性、在晶圆开发阶段协同定义规格的方式——而非仅仅"购买大尺寸晶圆"——被认为能确保良率和可靠性。

与竞争对手方法的差异

向8英寸SiC晶圆的开发与量产推进，并非只有Mitsubishi Electric和Coherent。Wolfspeed采用垂直整合模式，涵盖从晶圆制造到器件的全部环节，正在推进向8英寸的量产过渡。STMicroelectronics虽然与Wolfspeed有晶圆供应协议，但也在推进内部SiC制造。onsemi则实施了包含对晶圆制造商进行资本投资的采购战略。

这一对比显示，在向8英寸转变的过程中，战略分歧不仅在于"向谁购买晶圆"，还在于"在什么时机、以何种深度参与开发"。Mitsubishi Electric与Coherent之间的联合开发，可以明确定位为后者的典型范例。

然而，这一方法也带来了挑战。联合开发需要时间和投资，存在相对于竞争对手延迟量产过渡的风险。未来的关键焦点在于能多快追上拥有自身量产线的Wolfspeed等玩家。

从SiC器件选型角度看有何变化？

围绕8英寸晶圆的讨论看似是市场与商业事务，但也为设计和采购提供了相关启示。

在SiC器件选型时，导通电阻（Ron）、击穿电压和短路耐受时间（SCWT）等参数作为基本评估标准。SCWT尤为重要，表示器件在负载短路期间失效前所能承受的时间，为保护电路动作提供缓冲期。

关于8英寸转变对器件质量的影响，需关注晶体缺陷密度和器件特性的变化。随着晶圆直径增加，管理晶圆表面的特性均匀性趋于更加困难。SiC本身比硅更难生长晶体，位错缺陷（微管、堆垛层错等）直接影响器件特性。Mitsubishi Electric与Coherent联合开发背后的意图之一，很可能正是在晶圆开发阶段就定义这些质量要求。

此外，短路耐受时间与导通电阻之间的权衡关系，与晶圆质量并非无关。

降低晶圆缺陷密度，使得即使芯片面积较小也能更容易地实现所需的电流承载能力。这直接带来RonA（导通电阻×面积）的改善，并可能有助于缓解与短路耐受时间的权衡关系。通过向8英寸转变降低成本，与通过提升晶圆质量改善器件特性，是相互密不可分的。

如何解读对采购与开发计划的影响

将这一联合开发公告转化为实际的量产出货需要时间。整个行业8英寸SiC晶圆的量产仍处于起步阶段，6英寸晶圆预计将在2025~2026年期间保持主导地位。从采购和采用Mitsubishi Electric器件的角度来看，除短期规格对比外，还必须考虑中期供应体系的变化。

具体而言，有几个方面将作为决策标准。首先，8英寸转变后的器件料号是否与当前兼容——制造工艺的变化可能改变芯片尺寸和特性，因此早期确认是否需要设计变更至关重要。其次，过渡期间6英寸产品的供应持续时长——是采用多供应商策略，还是等待切换到单一供应商的8英寸，取决于应用的具体量产计划。

从SiC器件市场整体供应结构的角度来看，Wolfspeed的垂直整合模式与Mitsubishi Electric+Coherent等联合开发模式的并存，可视为采购来源多元化的推动因素。减少对特定晶圆供应商的依赖，预计将影响中长期的价格谈判能力和供应稳定性。

该公告目前处于联合开发的协议阶段，量产时机和性能目标的细节尚未披露。然而，"如何推进8英寸转变"的战略差异，可能在两到三年内导致器件阵容和价格区间出现明显分化。这一公告作为观察这些差异走向的背景信息，具有重要的跟踪价值。